何 晨，何越磊，魏丽丽HE Chen, HE Yuelei, WEI Lili

（上海工程技术大学 城市轨道交通学院，上海 201620）

0 引 言

近年来，我国城市轨道交通行业飞速发展，各地轨道交通建设速度、规模和发展都取得了令人瞩目的成就。在城市轨道交通行业日益发展的今天，行车安全始终是城市轨道交通运营安全中最重要、最核心的部分，而道岔作为线路上的薄弱环节，更是日常养护维修的重点和难点。地铁道岔在运维期间会产生大量管理资料，其资料呈现形式多样，且归属于工务、通号两个部门管理，很容易发生资料缺失、信息断层、管理脱节、应用标准不统一等问题，无法对资料进行统一合理的调配。在传统的管理模式下，工电部门各自对自己专业相关结构设备负责，信息相对闭塞，且双方在进行联检联修的时候，信息的传递存在滞后性。为了促进工电部门的信息交流与数据共享，本文基于BIM 技术设计开发地铁道岔运维管理平台，基于Unity3D 平台开发生产资料查看、常见故障检索及联检联修可视化三个功能模块，将三维模型与数据信息关联，更具直观性，能有效提升运维管理的效率。

1 BIM 技术简介

BIM，即建筑信息模型，属于一项基于CAD 的创新型技术。BIM 技术具有共享性，不同于CAD，BIM 支持多软件共同支撑，是一项更多体现在团队运动上的三维设计工具，BIM 技术实施的过程其本质就是一种协同的过程。

BIM 技术具有可视化、协调性、优化性等特点。依托BIM 在可视化方面的优势，将三维模型与信息数据相连接，将纸质的、抽象的信息以可视化的方式表达出来。在工程项目的设计阶段可以协调多方参与，协调碰撞问题，施工阶段模拟施工进度，优化施工方案，为后期运维管理创造条件。

将BIM 技术引入地铁道岔运维管理方面，建立地铁道岔部位的参数化信息模型，通过搭建可视化平台，使得工电部门在可视化场景下实现日常的设备结构管理以及联检联修作业进度的查询，有效促进两个部门的信息共享，提高地铁道岔运维管理效率。

2 平台需求分析

道岔是地铁行车的关键部位，它构造复杂，结构薄弱，是工、电双方日常养护的重点和难点。由于道岔设备分属工务和通号两家单位管理，存在专业结合部的问题，设备上互相牵涉、相互影响，当某个设备发生故障或某处位置出现病害得不到及时整治，就会影响整套设备的正常使用。因此，协调统筹工电部门工作，是实现地铁道岔运维管理有序进行的重要前提。

根据地铁维保部门制定的道岔联检联修有关规定，工电联检内容主要是对道岔区段内的基础结构设备进行维护整治，是确保行车安全的重要一环，也是其他各部门联检工作开展的基础保障。在实际管理中，工电双方对自身联检范围和工作内容都有明确的划分，彼此之间数据仅为自己部门管理，信息交流闭塞，对于联检联修工作的开展不够及时，巡检数据的储存与管理方式单一，容易造成丢失等问题。

因此，本文设计开发地铁道岔运维管理平台，实现道岔部位设备结构的信息化管理，提高工电部门管理效率，在保证两个部门自身权利不受影响的前提下，促进双方的数据信息共享。

3 平台功能设计

本文考虑到工务和通号两个部门对地铁道岔部位日常维护管理的实际需求，对地铁道岔运维管理平台进行相应的功能模块设计。主要分为生产信息模块、故障检索模块和工电联检联修模块。主要功能框架如图1 所示。

图1 地铁道岔运维管理平台功能框架

3.1 权限划分

本文所设计的平台供工务和通号两个部门共同使用，从保障两个部门自身权益以及保护数据权威性的角度出发，将两个部门的权限进行划分，具体权限划分如图2 所示。

图2 权限划分结构

3.2 生产信息模块

生产信息模块主要是储存管理地铁道岔部位设备结构的各类生产信息。从设计阶段开始的设计图纸、施工阶段的安装指导、技术手册等文件以及各类设备基础信息，都与该设备的三维模型建立连接，通过点击设备模型，进行交互操作，选择相应的功能模块进行信息的查看。

此外，生产信息模块还用于维护指导。为更具有直观的指导作用，利用Unity3D 内置Animation 插件，对部分可拆解的设备制作拆装动画，通过点击UI 按钮播放拆装动画，指导上线人员进行设备的拆装工作。

3.3 故障检索模块

基于故障树原理由上而下建立故障树，层层推导故障及其引起的原因，直至获得最小不可分割的割集。通过大量查阅文献资料，广泛搜集现场工人经验归纳总结建立起故障知识库，建立流程如图3 所示。知识库可随着实际案例的不断增加而不断更新，逐渐扩大其知识库的知识储备。用户在显示窗口输入故障现象，即可检索到故障原因及相应的维修措施。对于日常检修的人员来说，可以快速定位故障发生的位置，并获取准确地解决措施，可以有效提高治理病害排除故障的效率。

图3 知识库建立流程

3.4 工电联检联修模块

该模块主要为工电部门联检联修而设计。工务和通号部门可以记录本部门的巡检数据，储存在数据库中，供双方部门随时查看。对于工电联检联修作业，从提交作业计划申报到故障处理进度的追踪，都可以在该模块内实现，双方具有权限去及时了解信息，避免本部门的关联设备受到影响，极大程度上简化了两个部门的信息交流方式。

两个部门可在线填写《检查、整治验收记录表》，记录表按照记录日期储存在数据库中，输入日期即可查看该日检查记录。记录表中的各项检查数据，两个部门都要对其负责，因此仅当两个部门负责人均在签字栏签名后，该份记录表显示完成状态，不然均为未完成状态。两个部门的编辑权限不同，每个部门仅能对本部门管辖范围内的数据进行编辑。

4 关键技术研究

4.1 参数化建模

采用Revit 软件进行BIM 建模，创建地铁线路及其轨旁设备专业族库。为了还原实际地铁线路的布置状态，需要将单个设备结构与线路模型进行组合。由于此项建模工作量大，操作机械，本文使用Revit 的内置插件Dynamo 可视化编程技术，实现批量放置设备并修改参数的功能。通过使用内置节点包并结合DesignScript 程序语言，实现按照规定坐标批量放置设备模型，集中修改设备参数的功能，大大减小了建模压力，提高建模效率。地铁完整线路建模如图4 所示。

图4 地铁完整线路建模

4.2 可视化场景

基于Unity3D 平台进行可视化场景搭建。将创建好的线路模型转化为FBX 格式导入Unity 中，通过Visual Studio 编写C#程序语言，调用Unity 提供的API 端口，通过实现IPointerClickHandler 接口来添加鼠标点击事件，将设备模型与交互操作界面相关联，进行交互设计。编写程序语言给Rotataion 属性赋值，控制相机与目标物体的相对距离不变，即使得相机绕着目标物体旋转。实现在可视化界面下，可以对操作界面进行旋转、缩放和拉近等操作，进行多方位查看三维模型，如图5 所示。

图5 三维视角查看

4.3 数据库设计与连接

在地铁道岔运维管理平台运行时，其平台所显示和更新的数据需要进行集中的储存和管理。创建MySQL 数据库，对平台所涉及的用户信息、故障信息和维护信息进行储存和管理，数据库结构如图6 所示。

图6 数据库结构

在数据库的开发过程中，实现Unity 与MySQL 的连接需要载入几个相关的动态库。在连接过程中通过编写脚本代码实现打开数据库、关闭数据库、对数据库进行增删改查等操作，以满足用户的信息服务需求。

5 总 结

本文设计了一种基于BIM 技术的地铁道岔运维管理平台。该平台实现了生产信息管理功能、常见故障检索功能和工电联检联修可视化功能，对解决工务和通号两个部门的数据信息交流滞缓问题，密切两个部门的联系，促进提高地铁道岔部位的运维管理效率具有良好的应用价值和前景。此外，该平台还可以拓展到道岔部位的全生命周期管理中，依靠BIM 的信息传递属性，集合设计、施工、运维等各个阶段的数据，具有更多的可能性。